令人匪夷所思的航天人生存技能,你能做到第幾條?

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歡迎神十三回家o(* ̄▽ ̄*)ブ

4月16日上午,神舟十三號載人飛船返回艙于東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域成功著陸,航天員翟志剛、王亞平、葉光富在空間站工作生活183天后平安返回,圓滿完成神舟十三號載人飛行任務(wù)。

英雄凱旋,小編心潮澎湃,兒時(shí)的航天夢似乎要重新點(diǎn)燃!所以,要成為一位航天員,我還差點(diǎn)啥技能呢?

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01

失重超重

要說太空里和在地球上最大的不同,莫過于在地球上無處不在的重力在太空中就感受不到了,這種現(xiàn)象我們稱為“失重”——我們失去了像空氣一樣無處不在的重力。那么太空中的重力是如何“消失”的呢。實(shí)際上就算我們?nèi)サ搅颂?,到達(dá)了空間站,離開地球表面也不過400公里,而地球的平均半徑為6371公里,也就是約為地球半徑的1/16,根據(jù)牛頓的萬有引力公式,F(xiàn)=GMm/r2,相比地面上的地球?qū)ξ矬w的引力,空間站位置地球?qū)ξ矬w的引力不過減少了1/162-1/172≈0.045%。但我們卻確確實(shí)實(shí)能感受到了重力的“消失”——空間站中的懸浮的人和物體就是最好的證明。那么問題出在哪呢?

我們來考慮簡單的情況。假設(shè)人是靜止的,在地球表面時(shí),人受到的支持力N=mg,這時(shí)候一切正常。在空間站中,人也會受到來自地球的引力(與地面附近近似相等),還有來自空間站的支持力(方向大小未知)??臻g站繞著地球近似做勻速圓周運(yùn)動(實(shí)際上是橢圓)時(shí),人與空間站應(yīng)當(dāng)具有相同的加速度a=wv,方向指向地心,于是我們解出N'=mg-ma=mg-mwv。

對空間站做同樣的受力分析,我們發(fā)現(xiàn)空間站只可能受到引力,因?yàn)闆]有什么物體能夠給它提供這個(gè)“支持”——它處于太空之中。于是我們可以解得wv=g,將這個(gè)結(jié)果帶入N'的表達(dá)式中,我們發(fā)現(xiàn),人受到的支持力也為0了,更一般的,任何和空間站相靜止的物體,所受到的支持力都是0,而這就意味著人和物體將會懸浮在空間站之中。當(dāng)然實(shí)際上,太空艙內(nèi)不會是理想的完全失重,而是加速度為10-6~10-4g的微重力。

而另一種與之相反的情況,則發(fā)生在航天器發(fā)射過程中,這時(shí)候航天器加速度很大,方向與前面失重的情況剛好相反,指向地外。對于里面的宇航員來說,其加速度應(yīng)當(dāng)滿足 a = N/m-g,當(dāng)a>0 時(shí),N>mg,支持力大于了重力,這就是超重。綜合起來看,我們發(fā)現(xiàn),人感受到的力其實(shí)只由支持力N決定,也就是說,人其實(shí)感知不到真正的加速度的有多大,人只能感受到“推背感”有多大。

而在實(shí)際的發(fā)射途中,超重帶來的體驗(yàn)可遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止“推背感”,再考慮可能的突發(fā)情況,宇航員在地面訓(xùn)練時(shí),一般要承受8g以上加速度的離心機(jī)超重訓(xùn)練;而未經(jīng)受訓(xùn)練的正常人在2g-4g加速度時(shí)就已經(jīng)快達(dá)到極限。

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02

花式健身

失重帶來的第一個(gè)問題,就是體質(zhì)變化。在地球上我們的肌肉和骨骼無時(shí)不刻對抗著重力,因此我們無需額外的鍛煉,也可以保持我們的肌肉力量和骨骼密度,而在太空中,任何物體都不再又重量,人體也無需對抗重力,肌肉和骨骼就會“缺乏鍛煉”,導(dǎo)致肌肉萎縮和骨質(zhì)疏松等問題。

即便是體格強(qiáng)健的航天員同志,也必須謹(jǐn)慎對待這個(gè)問題。因此,他們在太空中時(shí),每天都會進(jìn)行大約兩小時(shí)的運(yùn)動,運(yùn)動的方式主要為跑步,騎車,拉力帶,和靜態(tài)運(yùn)動等。(翟志剛:最后這個(gè)是我強(qiáng)項(xiàng)

在無重力的情況下怎么跑步呢,很簡單,在身上綁兩根彈簧鏈接在跑步機(jī)上就可以了,這樣跑步時(shí)每次躍起就會被彈簧拉下來。由于跑步時(shí)會產(chǎn)生劇烈的震動,因此我們的跑步機(jī)還需要設(shè)計(jì)減震裝置。

而騎行裝置也有講究,科學(xué)家們?yōu)橛詈絾T專門設(shè)置了帶有卡扣的鞋,以此來保證騎行過程中鞋與踏板的穩(wěn)定鏈接。

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03

《投喂》

對于空間站的航天員來說,不僅要克服自己的失重,更要克服身邊萬事萬物的失重,比如——食物。

精準(zhǔn)投喂,乃航天生存之必備。投中一時(shí)爽,沒有投中火葬場就得擦桌擦地“擦空氣”了。

說起來,小編小時(shí)候看到的太空食譜還是“擠牙膏”這樣?jì)鸬?,隨著食品加工技術(shù)升級,現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)列至魚香肉絲、宮保雞丁、黑椒牛柳、香辣羊肉、椒麻鵝、酸辣筍、麻辣豆干、什錦炒飯、紅燴豬排、尖椒土豆、菘菜牛肉湯、粽子、辣味金槍魚、奶香雞米、香菇肉沫、醬香油麥菜、蟹黃蠶豆、脆心巧克力、凍干的冰激凌等127種食品了。你甚至可以在空間站吃到新鮮水果,以及三種餡兒的餃子:豬肉白菜餃子、鲅魚餃子和黃花菜餃子。餃子是在地面加工好的,吃的時(shí)候復(fù)熱即可。

看似花里胡哨,實(shí)則良苦用心——航天食品不僅要滿足安全又衛(wèi)生,能夠提供充足的能量和營養(yǎng),還要顧及航天員的口味和飲食習(xí)慣,并盡量達(dá)到“一口吃”的標(biāo)準(zhǔn),能在微重力環(huán)境下食用,無骨、小塊、無殘?jiān)?。所以不知道下一次上天,會不會吃上一頓太空火鍋呢?(搓手手

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04

太空洗剪吹

不知道疫情在家期間,世界上又多了多少托尼呢?反正空間站已經(jīng)擁有了一位自己的“托尼王”——

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亞平女神成為空間站的托尼老師

來源:央視網(wǎng)

由于沒有重力,剪掉的碎發(fā)不會掉落在地面上,而是在整個(gè)空間站中飄浮,因此在太空中理發(fā)時(shí),還需要用殘?jiān)占鬟M(jìn)行收集——也就是用一個(gè)“吸塵器”把頭發(fā)碎渣都吸走。

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空間站理發(fā)店開業(yè)啦!

來源:央視網(wǎng)

洗發(fā)也有相同的問題,由于沒有重力,淋浴就別想了,直接三個(gè)頭套解決——

1)戴上一個(gè)裝了洗發(fā)露的頭套,反復(fù)揉搓;

2)換一個(gè)裝有清水的頭套,反復(fù)揉搓;

3)再換一個(gè)干的頭套,反復(fù)揉搓。

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05

“簡簡單單喝個(gè)水”

航天員在整個(gè)任務(wù)期間所需要的水和氧氣的量是巨大的,如果全部通過從地面“快遞”到空間站的方式,無疑會大大提高空間站維持工作的成本,降低長期駐留空間站的可行性。因此,一套完整的飲用水和氧氣的再生循環(huán)系統(tǒng)是必不可少的。在空間站中,我們利用電解水來得到氧氣,副產(chǎn)物氫氣則和二氧化碳反應(yīng)得到水和甲烷,甲烷排放到太空中,水則經(jīng)過處理成為飲用水。水的來源除此之外,還有部分來自于人排放的尿液??茖W(xué)家們設(shè)計(jì)了一套裝置能通過蒸餾再過濾的方式,將尿液處理為可以飲用的水。

究竟能不能喝,這事兒當(dāng)然誰喝誰把關(guān)。宇航員們會定期對飲用水進(jìn)行微生物檢測,檢測的方式就是假設(shè)水中有微生物,那咱們就把水里的微生物培養(yǎng)起來,如果培養(yǎng)出的微生物在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi),就可以飲用,否則就不可以。

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飲用水微生物檢測

來源:新華社

The End

都說宇宙是人類最終極的浪漫。在寂寥無聲的漫漫長夜里,是人類用自己的夢想和勇氣,將空間站這一小方天地漸漸打造起來,用前一輩的努力,吸納后一代的奔赴。

致敬每一位航天人,你們在空間站努力生活的每一天都是閃光的、如歌的;也致敬每一位為航天工程的耕耘者,是你們締造出一雙厚實(shí)的大手,將摘星星的人堅(jiān)定支撐。

4月24日就是中國航天日了,讓我們一起祝福和期待,中國航天事業(yè)蓬勃發(fā)展,蒸蒸日上!

我們的征途是星辰大海!

來源:科普中國

參考文獻(xiàn)

太空花式吃吃吃:帶你領(lǐng)略神秘的航天員太空餐 (thepaper.cn)

【技術(shù)·航天】淺談太空健身 - 知乎 (zhihu.com)

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英雄歸來丨完美凱旋,中國驕傲!(gmw.cn)

特別鳴謝:平平無奇小葉榕

編輯:蕉

來源:中科院物理所

評論
靜靜地過生活
太師級
航天員的生存技能我們一般人做不到。
2022-04-18
尖刀情懷永遠(yuǎn)跟黨走
大學(xué)士級
只有微重力,人體可能是會發(fā)胖!
2022-04-18
德陽茶人
貢士級
致敬航天英雄回家,完美凱旋 ,中國驕傲!
2022-04-18